上海市建筑科學(xué)研究院 邱喜蘭 范 宏 武徐強 李 睿

上海市分布式光伏發(fā)電發(fā)展規(guī)劃研究

上海市建筑科學(xué)研究院 邱喜蘭 范 宏 武徐強 李 睿

在對本市太陽能光伏項目建設(shè)情況進行全面的調(diào)研與分析的基礎(chǔ)上，明確了本市太陽能光伏發(fā)展的階段與方向；并對本市光伏資源進行了進一步評估分析，其中包括本市太陽能輻射資源與建筑屋頂資源情況，經(jīng)測算，本市約共有2億m2的屋頂面積，其中可加以利用的屋頂約占40%，經(jīng)對其建筑功能類型的組成結(jié)構(gòu)分析后，提出本市大力推進分布式光伏發(fā)電的實施途徑是先工業(yè)建筑再公共建筑，然后再別墅等居住建筑，建設(shè)類型分先新建建筑再既有建筑的實施路徑，并結(jié)合本市目前城市建設(shè)重點，提出了規(guī)劃布局建議。

分布式；光伏發(fā)電；屋頂資源

1 國內(nèi)外分布式光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外分布式光伏發(fā)展

發(fā)達國家在光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的研究上起步較早，美國、日本、德國等國在分布式光伏發(fā)展領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗。

美國是最早進行光伏能并網(wǎng)發(fā)電的國家，自1974年開始陸續(xù)頒布推動能源可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)法令，并在1997年6月推出“百萬太陽能屋頂計劃”，2010年7月美國參議院能源委員會又通過了“千萬太陽能屋頂提案”，該提案計劃每年投專項資金用于補貼在建筑上安裝太陽能系統(tǒng)。美國能源部制定了太陽能發(fā)電的技術(shù)發(fā)展路線圖，其中太陽能光伏發(fā)電預(yù)計到2020年將占美國發(fā)電裝機增量的15%左右，累計安裝量達到2000萬kW。

日本1994年提出實施“朝日七年計劃”，要求所有新建的房屋都將采用太陽能供電。2008年11月,又發(fā)布了“太陽能發(fā)電普及行動計劃”,確定了太陽能發(fā)電量到2030年的發(fā)展目標(biāo)是要達到2005年的40倍。2009年底，日本光伏發(fā)電裝機總量達到297.7萬kW，其中戶用光伏系統(tǒng)裝機容量占比約80%。2010年底安裝了5000MW屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)。

德國的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)始于“千屋頂計劃”。1991年，政府為每位安裝太陽能屋頂?shù)淖籼峁┭a貼，使新住房與可再生能源發(fā)電需求兼容，并鼓勵民眾消費太陽能。德國政府除了提供10年無息信貸，還提供37.5%的補貼。此外還制定了相關(guān)的政策保障輸電商對屋頂太陽能發(fā)電電量的優(yōu)先購買并保證太陽能發(fā)電電價高于常規(guī)能源發(fā)電的電價。截至2013年2月底，德國光伏發(fā)電裝機3287萬kW，居世界第一位，其中大多數(shù)為分布式光伏發(fā)電。為適應(yīng)分布式光伏規(guī)模化發(fā)展的需要，德國積極采取措施，引導(dǎo)和規(guī)范分布式光伏發(fā)展，有效解決規(guī)模化并網(wǎng)帶來的現(xiàn)實問題。

近幾年來，發(fā)達國家主要開拓屋頂式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，其原因是發(fā)達國家電網(wǎng)分布密集，電網(wǎng)峰值用電電費較高，在太陽光好的地區(qū)采用光伏發(fā)電的電價已經(jīng)接近商品電價。

1.2 國內(nèi)分布式光伏發(fā)展

中國對太陽能光伏發(fā)電的研究和政府政策支持自1980年以后逐步開始，。

20世紀(jì)90年代中后期，我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)進入穩(wěn)步發(fā)展時期，太陽能電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。經(jīng)過30年的努力，21世紀(jì)初我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迎來了快速發(fā)展的新階段。雖然我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但是目前我國光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝容量仍不及生產(chǎn)容量的2%，生產(chǎn)與需求之間還存在很大的差距。

2002年政府啟動了“光明工程”，重點發(fā)展太陽能光伏發(fā)電。2009年開始，推出太陽能光電建筑應(yīng)用示范項目和金太陽示范工程，我國光伏應(yīng)用發(fā)展進入快速增長階段。從2002年至2010年，中國光伏裝機容量從20.3MW增加到500MW，增長了23.6倍；光伏發(fā)電累計容量從45MW增加到797.5MW，增加了16.7倍。截至2013年上半年，我國光伏發(fā)電累計建設(shè)容量已經(jīng)達到10.77GW，其中大型光伏電站5.49GW，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)5.28GW。

目前，國內(nèi)光伏企業(yè)按照政府的扶持政策大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電項目，其未來的應(yīng)用規(guī)模大小與政府的規(guī)劃和補貼程度是分不開的。而國內(nèi)的分布式光伏發(fā)電項目需從工業(yè)園區(qū)、企業(yè)廠房、經(jīng)濟園區(qū)等集中示范區(qū)起步。今后，隨著分布式光伏發(fā)電技術(shù)和政策的完善，可以率先在城鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)、經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、大型公共設(shè)施建筑屋頂，建設(shè)與建筑相結(jié)合的分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

在國家的光伏電價及補貼等政策的大力支持下，我國分布式光伏將進入快速發(fā)展時期。各方需要在國家宏觀政策指導(dǎo)下，借鑒國際經(jīng)驗，吸取風(fēng)電發(fā)展的、經(jīng)驗教訓(xùn)，促進分布式光伏的健康可持續(xù)發(fā)展。

2 上海市太陽能光伏發(fā)電現(xiàn)狀

2.1 上海市光伏發(fā)電項目建設(shè)總況

從“十一五”開始，上海市開展太陽能光伏建設(shè)工作，早期的工程有崇明前衛(wèi)村1 MWp光伏發(fā)電工程、以及世博園區(qū)集中建成大規(guī)模的光伏一體化示范工程，建筑節(jié)能積極推動了光伏建筑應(yīng)用一體化發(fā)展；2009年出臺實施的金太陽示范工程政策進一步快速規(guī)?；苿恿吮臼泄夥b機容量發(fā)展。

上海市太陽能光伏項目建設(shè)類型按電量消納形式分為以全部上網(wǎng)的電站與自發(fā)自用為主的分布式光伏。經(jīng)課題組調(diào)研，上海地區(qū)共有光伏電站9個項目，其裝機容量為16.4MWP；分布式光伏項目共有40個，裝機規(guī)模擁有208.1MWp，約占總裝機量的93%，以分布式光伏項目為主，這是上海作為特大型城市土地資源緊缺特性決定的。

在已建光伏項目中，從政策補貼角度分析，其中獲得金太陽示范工程政策支持的共有15個項目，共計裝機規(guī)模為167.2MWp，占全市光伏總裝機規(guī)模的74%；另外獲得光電建筑示范政策補貼的項目共有13個，總計裝機規(guī)模為9.7MWp，占總裝機規(guī)模的4%，其中分布式光伏項目共有10個，電站項目為3個；其他光伏項目裝機容量約為35.9MWp。

2.2 上海市光伏發(fā)電項目運行總況

課題組通過對典型具體項目深入調(diào)研，對本市太陽能光伏發(fā)電項目的發(fā)電效率實施分析，目前項目實際發(fā)電量基本能達到設(shè)計預(yù)期，單位功率發(fā)電量0.74～1.02kWh/Wp，平均年發(fā)電量0.92kWh/Wp。

課題組經(jīng)對11個典型項目的深入調(diào)研分析，從電池組件分析，光伏發(fā)電項目采用單晶硅有9個，有2個項目全部采用多晶硅。從發(fā)電效率角度分析，單晶硅系統(tǒng)效率有8%～14%，多晶硅系統(tǒng)效率為8%；薄膜效率為6%左右。各光伏項目發(fā)電量占建筑用電量的比例為0.72%～5.6%，其發(fā)電規(guī)模僅占用電量的很小比例?？梢娚虾Ｄ壳肮夥椖慷鄶?shù)是以單晶硅組件為主要安裝產(chǎn)品形式。

各個項目的發(fā)電效率存有一定的差異，其主要差異在于光伏安裝屋頂?shù)某蚺c光伏板安裝的角度，其中多個項目采用了25°為傾斜角度，其發(fā)電效率為中等偏上水平，也可認(rèn)為其為上海地方安裝太陽能光伏適宜角度。

光伏項目運行存有系統(tǒng)管理簡單，維護工作量小的特點，但也因此存有缺乏維護管理的情況，在運作中存在的設(shè)備損壞及故障主要有以下3點。

（1）系統(tǒng)配件的壽命要低于電池組件，如逆變器故障是項目中出現(xiàn)的主要問題。

（2）支撐電池組件的支架經(jīng)受風(fēng)吹雨打，其產(chǎn)品質(zhì)量易出現(xiàn)問題，或因前期設(shè)計考慮不當(dāng)引起光伏板的破損。

（3）存有工控機故障問題，部分項目無法顯示實時數(shù)據(jù)信息等情況。

其他簡單電氣故障問題。

3 上海市光伏資源評估分析

3.1 各區(qū)太陽能資源情況

表1、圖1為上海各區(qū)太陽能資源情況匯總。

表1 上海1999-2008年10年平均各區(qū)縣太陽能總輻射量與日照時數(shù)1）

根據(jù)上述資料反映，上海屬我國太陽能資源第III類地區(qū)，太陽能總輻照量約為4580MJ/(m2.a)，年日照時間近2000h，屬于太陽能可利用地區(qū)。

根據(jù)光伏組件產(chǎn)品檢測與實踐，單位建筑面積的裝機容量約為100～150W/m2。

3.2 本市建筑屋頂資源分析

本市推行發(fā)展分布式光伏發(fā)電主要是結(jié)合建筑屋頂實施，對本市建筑屋頂資源的評估分析是制定本市分布式光伏發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)的基礎(chǔ)。

（1）本市建筑屋頂規(guī)?？倹r

根據(jù)2013年上海統(tǒng)計年鑒建筑規(guī)模數(shù)據(jù)，結(jié)合工程設(shè)計規(guī)范與工程實際案例，對各功能類型建筑選取平均樓層，具體可詳見表2，由此估算得到本市共有屋頂面積約為2億m2。圖2為全市屋頂建筑面積分類。

本市共有屋頂面積為2.16億m2，該數(shù)據(jù)與文獻[1]中提及的2010年全市的屋頂面積為19208.63萬m2數(shù)值較為接近。也與本市早年前的“十萬屋頂計劃”中提及的上海2億m2屋頂面積接近。

（2）可利用屋頂資源分析

考慮建筑功能類型、屋頂設(shè)備占用、建筑型態(tài)、結(jié)構(gòu)、遮擋等因素，選取多層公寓、別墅、工廠、倉庫、學(xué)校、商場店鋪、辦公建筑等7類功能建筑，并根據(jù)工程案例與經(jīng)驗值分別對各類建筑選取屋頂可利用率，根據(jù)工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為本市多數(shù)建筑朝向為南北朝向，進一步分析測算本市可利用屋頂面積共有8836萬m2（詳見表3），約為上海市總屋頂面積的41%。

在可利用建筑屋頂中，各建筑類型的結(jié)構(gòu)情況如圖3所示，其中工廠建筑占到50%，倉庫占到13%；其次主要多層公寓占到23%，別墅型住宅占到8%。

圖1 上海市各區(qū)縣年太陽總輻資源分布圖

表2 2012年全市建筑面積與屋頂面積情況表萬m2

圖2 全市屋頂面積建筑類型分布結(jié)構(gòu)

4 本市分布式光伏發(fā)電發(fā)展路徑

太陽能光伏發(fā)電受日照輻射具有較強的時段性，其供能特征較適合于白晝用能，夜間休停的功能建筑，主要包括工業(yè)建筑與公共建筑；同時工業(yè)建筑多為大跨度建筑，有較大面積的屋頂，且工業(yè)園區(qū)內(nèi)建筑層高普遍較低，日照無遮擋情況良好，因此工業(yè)廠房建筑是分布式光伏發(fā)電大規(guī)模推廣的主要途徑。

同時從建設(shè)性質(zhì)分析，在新建建筑領(lǐng)域中，在建設(shè)源頭推進太陽能光伏一體化從建設(shè)效果以及監(jiān)管方式上均有一定的保障，因此，認(rèn)為推行分布式光伏建設(shè)應(yīng)積極先推進新建建筑，后再既有建筑。

（1）發(fā)展原則

本市以創(chuàng)新驅(qū)動，改革發(fā)展為動力，積極貫徹國家發(fā)展可再生能源政策與方針，基于本市太陽能資源實況與城市經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀，科學(xué)制定合理發(fā)展目標(biāo)，有序有重點的推進發(fā)展目標(biāo)。

（2）發(fā)展思路

以先新建筑后再既有建筑，先工業(yè)建筑再公共建筑、別墅為實施路徑，分領(lǐng)域分行業(yè)推進分布式光伏建設(shè)任務(wù)。

（3）發(fā)展布局

結(jié)合本市目前正在推進的重點建設(shè)板塊，提出本市郊區(qū)新城建設(shè)、低碳實踐區(qū)、國家級與市級工業(yè)園區(qū)、以及政府投資公益建筑，學(xué)校建筑、別墅建筑為重點推行分布式光伏發(fā)電項目的重要領(lǐng)域。

表3 上海市可利用屋頂資源分析測算萬m2

圖3 上海市可利用屋頂面積建筑類型分布結(jié)構(gòu)

[1]．王逸民，《被忽視的資源：屋頂?shù)睦谩?，上海房產(chǎn)[J]2012．11，P29～31

Study on the Development Planning of Distributed Photovoltaic Power Generation in Shanghai

Qiu xi lan,Fan hong wu,Xu qiang,Li rui

On the basis of investigationand analysis ontheconstructionof comprehensive situation of solar PV projects,we clear the stage and the direction of the solar PV development in Shanghai.And we make further evaluation and analysison the photovoltaic resources of the city,including the solar radiation resources and the resources of the building roof.After these measures,there are about 200 million square meters roof area, 40%of which can be used.Through the analysis of the composition structure of these building function types,we proposed the implementation way of the city vigorously promotedistributed photovoltaic power generation is thatindustrial building first then public building,and then coming to villa and so on.By the construction type is newly buildings first and then the existing buildings.We put forward the position program combined with the this municipality's key urban construction.

distributed,photovoltaic power generation,roof resource

邱喜蘭，女，1982.9，工程師，主要從事建筑工程技術(shù)咨詢工作。